Báo cáo tìm hiểu lý thuyết và thực hành lab 4g đơn vị hướng dẫn ttcs học viện công nghệ bưu chính viễn thông

Hình 1.1: Mô hình thiết kế Logic MME 1.1.1 kiến trúc phần mềm MME 1.1.1.1 Enhance Control Unit ECU Thực hiện xử lý các nghiệp vụ điểu khiển của hệ thống, bao gồm:  Mobility Management:

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

BỘ MÔN: THỰC TẬP CƠ SỞ

🙞 🙞 🙞

-BÁO CÁO TÌM HIỂU LÝ THUYẾT VÀ THỰC HÀNH LAB 4G

ĐƠN VỊ HƯỚNG DẪN TTCS:

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Hà Nội, tháng 02 năm2023

Giảng viên phụ tránh : Nguyễn Việt Hưng

Họ và tên : Nguyễn Xuân Dũng

Mã sinh viên : B19DCVT057

Số điện thoại : 0777967001

Mục lục

I.Tổng quan về mạng 4G 1

1 Lịch sử mạng di động 1

2 Kiến trúc mạng di động 4G 1

2.1 Kiến trúc mạng 4G 1

2.2 chức năng các phần tử mạng 1

2.3 Các dịch vụ cơ bản 2

II.Các bộ phận của mạng 4G LTE 4

1 Hệ thống 4G EPC VHT 4

1.1.Phân hệ MME VHT 4

1.2.Phân hệ SGW VHT 5

1.3 Phân hệ PGW VHT 7

1.4 Phân hệ Dataplane VHT 8

2.Hệ thống IMS 8

3.Hệ thống HSS 10

4.Hệ thống OCS 10

4.1 Kiến trúc hệ thống OCS 11

4.2 Triển khai tích hợp, dịch vụ mới 12

5.Thiết bị eNodeB 12

5.1 Cấu tạo của eNodeB 13

III.Thực hành sử dụng phần mềm đo kiểm TEMS POCKET 17

1 Bài đo ping 17

2 Bài đo Idle to active 21

I Tổng quan về mạng 4G

1 Lịch sử mạng di động

-)Trung bình một thế hệ mạng mới xuất hiện sau khoảng 10 năm

-)Mục tiêu của các thế hệ mạng di động thay đổi theo thời gian:

2.2.1 eNodeB(Evolved Node B):

 Chức năng tương đương NodeB và một phần RNC

 Quản lý tài nguyên vô tuyến

 Mã hóa bảo mật kênh truyền vô tuyến

 Lựa chọn MME trong các thủ tục đăng nhập

 Định tuyến lưu lượng từ UE đến SGW

2.2.2 MME(Mobility Management Entity):

 Chức năng gần tương đương SGSN

 Phụ trách về điều khiển báo hiệu trong mạng lõi

 Quản lý tính di động của thuê bao

 Điều khiển roaming

 Quản lý về nhận thực thuê bao

 Lựa chọn S-PGW

2.2.3 SGW(Serving Gateway):

 Quản lý phần trao đổi lưu lượng của thuê bao và mạng lõi

 Chuyển tiếp lưu lượng đến PGW qua giao diện S5/S8

 Tính cước cho thuê bao

 Hỗ trợ việc di động giữa các mạng 3GPP

2.2.4 P-Gateway (Packet Data Network Gateway):

 Quản lý kết nối mạng lõi EPC với mạng data bên ngoài

 Thực thi các chính sách

 Phân tích sâu gói tin (DPI)

 Tính cước

 Cấp phát địa chỉ IP

 Hỗ trợ việc di động giữa các mạng 3GPP và non-3GPP

2.2.5 HSS(Home Subscriber Sever):

 Thực hiện lưu trữ thong tin thuê bao: Nhận thực, Dịch vụ, Di động

2.3 Các dịch vụ cơ bản

Có 3 loại chính là: thoại, tin nhắn, Data

2.3.1 Giải pháp thoại cho mạng 4G:

-) 2 giải pháp chính cho dịch vụ thoại trên nền 4G

+) Thoại trên nền mạng 2G/3G (CSFB)

+) Thoại trên nền mạng 4G (VoLTE)

-) Phụ thuộc vào vùng phủ và số lượng máy đầu cuối hỗ trợ VoLTE mà nhà mạng sử dụng giải pháp thoại phù hợp

2.3.2 GIẢI PHÁP THOẠI VoLTE:

-) Thoại thực hiện trên nền data

-) Bổ sung thêm hế thống IMS

-) Duy trì cuộc gọi thoại khi thuê bao ra khỏi vung phủ sóng 4G bằng cách tự động chuyển cuộc gọi VoLTE sang miền 2G/3G

-) Phiên dữ liệu cũng duy trì sang miền 3G

-) Ưu điểm nổi bật của VoLTE:

+) Thời gián thiết lập cuộc gọi nhỏ: 3G mất 5s, VoLTE mất 1s

+) Chất lượng âm thanh tốt : VoLTE là AMR-WB 23.85Kbps còn 3G là AMR-NB 12.2Kbps

+) chất lượng video call vượt trội: VoLTE là 480*640 (VGA) →

 MMEs kết nối trên giao diện S10

 SGWs trên giao diện S11

 SGSNs trên giao diện S3/Gn

 MSCs trên giao diện Sv (sử dụng cho xử lý chức năng SRVCC)

 MSCs trên giao diện SGs (sử dụng cho tính năng CS Fallback)

 Kết nối tới HSS/DRA trên giao diện S6a sử dụng giao thức Diameter

Hình 1.1: Mô hình thiết kế Logic MME

1.1.1 kiến trúc phần mềm MME

1.1.1.1 Enhance Control Unit (ECU)

Thực hiện xử lý các nghiệp vụ điểu khiển của hệ thống, bao gồm:

 Mobility Management: Mỗi UE khi sử dụng dịch vụ cần khởi tạo UEContext và các bearer tương ứng với dịch vụ và thực hiện điều khiển

luồng dịch vụ của thuê bao: thiết lập/cập nhật/giải phóng luồng dịch vụ,

Xử lý các nghiệp vụ báo hiệu khi UE di động, MME chỉ xử lý signaling,không chặn dữ liệu truyền như S/PGW

 Common Management thực hiện xử lý các nghiệp vụ như : Quản lý thôngtin trạng thái của thuê bao, các thuật toán security, quản lý thông tin trạngthái MME, xử lý lựa chọn GW và các thuật toán hộ trợ tối ưu về chấtlượng mạng

 OAM Provision: Hỗ trợ API cung cấp thông tin cho hệ thông EMS, xử lýcác nghiệp vụ trace, lưu log hệ thống, giám sát và cảnh báo các ứng dụngtrong quá trình hoạt động

1.1.1.2 Database

Lưu trữ thông tin cấu hình ứng dụng và các thông tin session của UE

1.1.1.3 Enhance Packet Forwarding Unit (EPU)

Thực hiện gửi/nhận bản tin tới các hệ thống ngoài, hực hiện encode/decode bảntin theo các giao thức, xử lý và phân tới các thread xử lý nghiệp vụ của khốiECU

1.2 Phân hệ SGW VHT

SGW có các kết nối sau:

 Kết nối tới SGSN trên giao diện S4/S12

 Kết nối tới MME trên giao diện S11

 Kết nối tới PGW trên giao diện S5/S8

 Kết nối tới SGWDP trên giao diện internal

 Kết nối tới CGF qua giao diện Ga

 Kết nối tới eNodeB qua giao diện S1U

 Kết nối tới hệ thống EMS sử dụng giao thức SOAP hoặc MML

Hình1.2: Mô hình thiết kế logic của SGW VHT

1.2.1 Phân loại SGW VHT

1.2.1.1 Ứng dụng vha: Đảm nhiệm kiểm tra và điều khiển float ip của hệ thống

giao tiếp ra bên ngoài với các node mạng như MME qua giao diện S11, PGWqua giao diện S5/S8, CGF qua giao diện Ga,Data plane qua giao diện internal

1.2.1.2 Ứng dụng gtp_gw: Thực hiện các kết nối giao tiếp và gửi nhận các bản

tin với các node từ MME và PGW Ngoài ra, ứng dụng này cũng decode phầnheader của bản tin gtp_c để phân tải đến các ứng dụng xử lý nghiệp vụ của hệthống SGW CP

1.2.1.3 Ứng dụng logic: Đảm nhiệm xử lý các nghiệp vụ của hệ thống SGWCP

và Các nghiệp vụ bao gồm: Quản lý thông tin di động, quản lý thông tin phiênlàm việc, làm điểm trung chuyển di động cho handover giữa các eNodeB, làmđiểm trung chuyển di động cho handover giữa mạng 2G, 3G và 4G, LawfulInterception (chưa phát triển), Tạo và thu thập các thông tin tính cước offline(CDR), Thực hiện lưu thông tin thuê bao

1.2.1.4 Ứng dụng cdf_gw: Duy trì kết nối với node mạng CGF, encode và

decode các CDF record theo chuẩn ASN.1 Ngoài ra ứng dụng cdf_gw cũngkiểm tra việc duplicate hay mất các bản ghi CDF để gửi lại, lưu tạm thời các bảnghi CDR

1.2.1.5 Ứng dụng data_gw: Đảm nhiệm duy trì kết nối và gửi nhận các bản tin

internal với SGW DP

1.2.1.6 Ứng dụng vagent: Được sử dụng để giám sát các ứng dụng khác, nếu

gặp vấn đề dẫn đến tình trạng bị chết, ứng dụng agent sẽ tự động khởi động lại

1.3 Phân hệ PGW VHT

PGW có các kết nối sau:

 Kết nối tới SGSN trên giao diện Gn/Gp

Kết nối tới SGW trên giao diện S5/S8

 Kết nối tới PCRF trên giao diện Gx

 Kết nối tới OCS trên giao diện Gy

 Kết nối tới Billing server cho lưu lượng charging offline CDR trên giao diện Ga/Gz

 Kết nối giữa PGW và Internet cho lưu lượng data trên giao diện Sgi

 Kết nối giữa PGW và IMS cho lưu lượng thoại của thuê bao 4G trên

giao diện SGi-IMS

Hình 1.3: Mô hình thiết kế logic của PGW VHT

1.3.1 Kiến trúc của hệ thống PGW

Bao gồm 10 phân hệ:

 DATA_GW: Là phân hệ giao tiếp với DATA PLANE, thực hiện gửi

nhận bản tin trao đổi giữa DATA PLANE và module xử lý nghiệp vụvPGWCP Phân hệ đảm nhiệm chức năng phân tải bản tin tới các khối xử

lý nghiệp vụ PGWCP

 GTPC_GW: Là phân hệ giao tiếp với các node mạng trên giao diện

S5/S8, Gn/Gp bao gồm các node mạng (SGW, SGSN, PGW, GGSN),thực hiện gửi nhận bản tin trao đổi giữa các node mạng (SGW, SGSN,Other PGW, Other GGSN) và module xử lý nghiệp vụ vPGWCP Phân hệđảm nhiệm chức năng phân tải bản tin tới các khối xử lý nghiệp vụPGWCP

 DIA_GW: Là phân hệ giao tiếp với node mạng DRA trên giao diện

Gx/Gy, thực hiện gửi nhận bản tin trao đổi giữa DRA và module xử lýnghiệp vụ vPGWCP Phân hệ đảm nhiệm chức năng phân tải bản tin tớicác khối xử lý nghiệp vụ PGWCP

 AAA_GW: Là phân hệ giao tiếp với các node mạng AAA, thực hiện gửi

nhận bản tin trao đổi giữa các node mạng AAA và module xử lý nghiệp

vụ vPGWCP

 RSM: Là phân hệ thực hiện cấp phát tài nguyên Ip cho thuê bao Các địa

chỉ IP của thuê bao được lấy từ Pool cấu hình sẵn trên theo các APN

 PGWCP: Là Module thực hiện toàn bộ các chức năng nghiệp vụ của

node mạng PGW/GGSN bao gồm (Quản lý Session, Quản lý Bearer/PDPContext, Quản lý profile Policy của thuê bao, Cung cấp thông tin tínhcướcCTF)

 AGENT: Là phân hệ thực hiện giám sát sống chết các module trong node

mạng Nếu phát hiện bất cứ module nào trong hệ thống vPGW chết,AGENT sẽ tự động bật các module này lên

 vHA: Là phân hệ thực hiện tính năng HA cho hệ thống PGWCP, Module

này giám sát kết nối giữa các server ACTIVE và server STANDBY vàGATEWAY để phát hiện trạng thái của các server nhằm bật serverSTANDBY kịp thời

 CDF: Là phân hệ nhận các event từ CTF nằm trong PGWCP để tạo ra các

CDR Record, sau đó gửi các CDR record tới CGF để sinh ra file

 CGF: Là phân hệ thực hiện chức năng sinh ra các CDR file khi nhận

được các CDR record gửi từ CDF Là phân hệ giao tiếp với BillingGateway để đẩy CDR file lên Billing Gateway Ngoài ra CGF còn thựchiện backup dự liệu CDR, lưu lại các CDR Record vào DB để tra cứu đốisoát

liệu, phát hiện và chặn các truy cập không cho phép, …) dựa trên nhữngphiên đã thiết lập sẵn.

2 Hệ thống IMS

Khái niệm: IMS là một kiến trúc mạng cung cấp các dịch vụ tới người dùng đầucuối trên mạng IP

IMS hỗ trợ: Multi-Media, Multi-Service, Multi-Access, Multi-Terminal

Hình 2.1: Kiến trúc hệ thống Viettel IMS

IMS-CORE có 2 chức năng chính là :

 CSCF truy vấn (I-CSCF): Đảm nghiệm liên lạc với HSS để thu được têncủa S-CSCF đang phục vụ khách hàng, đăng ký (gán) một S-CSCF dựatrên dung lượng nhận được từ HSS

 CSCF phục vụ ( S-CSCF): là trung tâm của mặt bằng báo hiệu với chứcnăng chủ yếu là điều khiển phiên và chịu trách nhiệm đưa ra những quyếtđịnh định tuyến quan trọng khi nó nhận được tất cả các phiên giao dịchtừ/tới UE

Phân hệ SBC có 2 chức năng chính là :

 CSCF ủy quyền ( P-CSCF): là điểm kết nối, giao tiếp đầu tiên của cácthuê bao trong hệ thống IMS, nơi chuyển tiếp các yêu cầu và đáp ứng yêucầu tới UE và phát hiện các yêu cầu thiết lập phiên

 Border Gateway Function(BGF): Cung cấp giao diện giữa hai miền vậnchuyển IP Nó có thể nằm ở ranh giới giữa một mạng truy cập và thiết bị

cơ sở của khách hàng, giữa mạng truy cập và mạng lõi hoặc giữa haimạng lõi

Hệ thống hỗ trợ 2 cơ chế xác thực người dùng trong quá trình đăng ký:

 IMS AKA Authentication (Sử dụng cho phần OTT).

 SIP Digest Authentication (Sử dụng cho fix line – SIP phone)

3 Hệ thống HSS

Home Subscriber Server (HSS): là trung tâm lưu trữ thông tin của khách hàng, bao gồm tất cả dữ liệu liên quan đến việc xử lý các phiên đa phương tiện cho khách hàng đó Node nghiệp vụ xử lý thông tin thuê bao thường trú 4G-EPC, IMS

Hình 3.1: Mô hình hệ thống HSS

Hình 3.2: Mô hình Thiết kế hệ thống HSS

4 Hệ thống OCS

OCS (Online Charging System) là hệ thống cho phép nhà cung cấp dịch vụ

viễn thông tính cước thời gian thực

4.1 Kiến trúc hệ thống OCS

Hình 4.1: Sơ đồ logic hệ thống vOCS3.0 LAB

MySQL: database chứa thông tin cấu hình hệ thống: gói cước, tham số,

template CDR

MySQL DB trên server 10.70.66.13:

Cách login: mysql -u root -p -h 127.0.0.1

Arospike: chứa profile thuê bao.

Aerospike DB trên server 10.70.66.14:

Cách login: aql -Uvocs –P

Kafka: chứa event từ các node OCP, Provisioning và Trigger tạo ra.

Trên server 10.70.66.14:

List các topic: /kafka-topics.sh list zookeeper localhost:2181

Hình 4.2: Kiến trúc triển khai thực tế

5 Thiết bị eNodeB

eNodeB là một thiết bị quan trọng trong hệ thông tin di động LTE, có nhiệm vụ

là một núi vật lý phát và thu các tín hiệu trên một hay anten để phủ sóng chomột ô

Hình 5.1: Sơ đồ logic mạng 4G

5.1 Cấu tạo của eNodeB

5.1.1 Khối xử lý băng gốc (BBU)

Chassis: cao 2U (1.75inch), lắp trên rack 19inch, chia thành nhiều card

Kiến trúc module: CTC, BBC, Backplane, Power, FAN

Hình 5.2: sơ đồ cấu tạo của BBU

 L1: điều chế/giải điều chế, mã hóa

 L2: lập lịch, cấp phát tài nguyên vô tuyến

 L3: quản lý tài nguyên vô tuyến, điều khiển kết nối, chuyển giao, …

 SYNC: cung cấp tín hiệu đồng bộ cho hệ thống: GPS, IEEE-1588…

Hình 5.3: Sơ đồ cáo tạo BBC và BBU

 Vận chuyển các dữ liệu tới/từ eNodeB với EPC

 Xử lý các bản tin báo hiệu lớp 3 giữa EPC và UE; forward dữ liệu người dùng tới các BBC tương ứng

 Cung cấp các giao diện LMT, nguồn đồng bộ cho các thành phần kháctrong eNodeB

Hình 5.4: Các cổng của BBU

1 GPS SMA male Cung cấp kết nối với GPS ngoài

2 DEBUG Micro USB Cung cấp kết nối với mấy tính qua giao

tiếp USB

3 FE0/GE0 RJ45 Cung cấp kết nối Fast Ethernet/Gigabit

Ethernet với mạng lõi

4 FE1/GE1/LMT RJ45 Cung cấp kết nối Fast/Gigabit Ethernet

với mạng lõi hoặc máy tính

5 SFP0 SFP + cage Cung cấp kết nối quang với mạng lõi

6 SFP1 SFP + cage Cung cấp kết nối quang với mạng lõi

Hình 5.5: Module BBC

Chịu trách nhiệm xử lý các tín hiệu băng gốc:

 Mỗi BBC có thể hỗ trợ tối đa 1200 connected-user.

 Mỗi BBC có 2 giao diện CPRI v4.2.

 Hỗ trợ DL/UL throughput lên tới 600/300Mbps.

 Hỗ trợ Carrier Aggregation.

ST

1 FE RJ45 Cung cấp kết nối Fast/Gigabit Ethernet

với máy tính

2 SFP0÷SFP1 SFP + cage Cung cấp kết nối quang với RRU

5.1.2 Khối cử lý cao tần (RRU)

 Hỗ trợ công nghệ MIMO 2x2, 4x4

 Lắp đặt ngoài trời với chuẩn bảo vệ IP65

 Làm mát thụ động qua vỏ

Hình 5.6: Các port của RRU

1 OPT0/OPT1 SFP + cage Cung cấp kết nối giữa RRU và BBU

hoặc giữa các RRU với nhau

MNT 4 POS SKTS Cung cấp kết nối nguồn cho RRU

3 ANT_TX0/RX0

ANT_TX1/RX1 7/16 DIN Female Cung cấp kết nối với anten

4 RET AISG 2.1 Cung cấp kết với thiết bị điều chỉnh

Hình 5.7: Các module của khối TRX

Khối bộ lọc:

 Là khối thụ động trên RRU, cấu tạo dựa trên các bộ lọc (cavity filter)

 Cho phép ghép tín hiệu thu và tín hiệu phát truyền đồng thời trên một đường (chung port anten)

III.Thực hành sử dụng phần mềm đo kiểm TEMS POCKET

Bài thực hành về Tems Pocket tạo bài đo về Ping và Idle

1 Bài đo ping

Tạo bài đo Ping với các tham số đã cho:

 Custom top view: LTE

Chạy bài đo Ping với các tham số như trên ta được:

Qua 2 lần đo đầu tiên ta thấy :

1 lần thu được t<10ms

1 lần thu được 10ms<t<50ms

Qua 5 lần đo ta thấy :

Qua 9 lần đo ta thấy :

1 lần thu được t<10ms

8 lần thu được 10ms<t<50ms

Kết quả:

Số lặp lại: 4Thời gian chạy bài đo: 3m16s

Kết luận:

 Ping quá cao

 Khả năng truyền và nhận dữ liệukém

 Mạng LTE trong vùng đo yếu không đảm bảo tốc độ truy cập

2 Bài đo Idle to active

Tạo bài đo Idle to active với các tham số sau:

 Wait :5s

 Video: Youtube

 Thời gian xem video:25s

 Custom top view: LTE

 Độ dài video: 3m55s

Chạy bài đo với các tham số như trên:

 Độ phân giải video:854x480

 Thời gian đệm: 321 ms

 Giao thức HTTPs Sử dụng dữ liệu: 8.53 MB

 Trung bình sử dụng dữ liệu: 2.68 Mb/s

 Định thời trước: 0.0625

Kết luận:

 Tỉ lệ ở chế độ nhàn rỗi thấp

 Đường truyền dữ liệu ổn định

 Được sử dụng liên tục không

 ngắt quãng khi yêu cầu